Регулирующие органы представляют собой переменные гидравлические
сопротивления, устанавливаемые в трубопроводе и служащие для изменения
расхода протекающего по нему вещества. Пропускная способность
трубопровода зависит от проходного сечения регулирующего органа, которое
изменяется по команде автоматического регулятора.
Регулирующие органы, устанавливаемые на котлах, подразделяют на
заслоночные (регулирование газа, воздуха и разрежения), применяемые при
давлениях до 10 кПа, и на клапаны (регулирование питания). Дроссельные
регулирующие клапаны используют также на трубопроводах газа и воздуха.
Регулирующие клапаны устанавливают на прямолинейных участках
трубопровода. Запорную арматуру, тройники для обводной линии и прочие
устройства, искажающие поток жидкости в трубопроводе, монтируют
10... 15 Ду как перед, так и после клапана. Ду (условней проход) в
регулирующих органах —это номинальный размер диаметра прохода в
присоединенных патрубках.
Регулирующие органы не могут выполнять функции опорных органов,
поскольку их изготавливают с увеличенными зазорами между затвором и
седлом и они не обладают достаточной герметичностью.
При проведении наладочных работ по автоматизации котельных часто
необходимо выбрать или проверить регулирующий орган для подачи
регулируемой среды. Пропускные характеристики и проходные площади
сечения регулирующего органа должны обеспечивать наилучшее качество
процесса регулирования.
Наименьший перепад на регулирующем органе будет при максимальном расходе
среды и наибольший — при минимальном.
При оценке характеристики регулирующего органа принимают во внимание
следующее: чем больше сопротивление полностью открытого регулирующего
органа по отношению к сопротивлению линии, тем лучше его рабочая
характеристика, тем больше приближается она к пропускной, тем большая
часть перепада давления в системе приходится на регулирующий орган.
Искажение характеристик регулирующего органа вызывает также изменение
давления и начале или конце системы.
Следует иметь в виду, что наличие люфтов в сочленениях п выбегов
сервомотора ухудшают работу регуляторов (равносильно запаздыванию
регулирующего параметра), поэтому их необходимо устранять в первую
очередь.
В рабочих условиях трудно снять рабочую характеристику регулирующего
органа (зависимость расхода от перемещения затвора), поскольку сложно
определить расход вещества. Поэтому снимают условную зависимость
нагрузки котла от перемещения выходного устройства исполнительного
механизма (условная, потому что нагрузка является внешним фактором, а
перемещение выходного устройства исполнительного механизма призвано
изменять только один "свой"
параметр). Эта зависимость (ее называют также статической
характеристикой) может преобразовываться изменением кинематической схемы
сочленения сервомотора с регулирующим органом.
Регулирующий орган подходит для автоматической системы регулирования,
если минимальная и максимальная скорости регулирования во всем
регулируемом диапазоне отличаются не более чем в 2 раза.
Характеристику шибера для оценки приемлемости его работы в системе
автоматического регулирования разрежения в топке котла снимают,
например, следующим образом.
Устанавливают минимальную нагрузку котла и измеряют перемещение
выходного устройства исполнительного механизма от крайнего положения до
положения при заданном разрежении в топке котла. На дистанционном
управлении увеличивают разрежение на 20...30 Па и компенсируют его
добавлением подачи воздуха и газа.
Записывают новое положение выходного устройства при увеличенной нагрузке
котла. Аналогично каждый раз увеличивая тягу, строят характеристику
регулирующего органа во всем диапазоне. Нагрузку котла берут из режимной
карты, так как от нее зависит давление газа перед горелками, которое
также необходимо записывать при всех фиксированных положениях выходного
устройства.
Приблизить полученную характеристику к линейной можно изменением
количества регулирующих заслонок шибера (например, исключением одной,
двух заслонок). Характеристики регулирующих органов, изменяющих расход
газа и воздуха, снимают таким же способом.
Рабочую характеристику регулирующего клапана на подводе питательной воды
снимают путем записи расхода пара (если есть расходомер пара) при
различных положениях выходного устройства исполнительного механизма и
неизменном уровне воды в барабане котла.
Регулирующие органы сочленяют с исполнительными механизмами следующим
образом: жестко (тягой); тросовой связью; через кулачковый привод;
непосредственно.
Жесткое сочленение наиболее распространено. Его применяют, когда
расстояние между регулирующим органом и исполнительным механизмом не
превышает 2...3 м.
Использование общепромышленных регулирующих органов (клапанов, заслонок,
направляющих аппаратов) в большинстве случаев требует преобразования
формы рабочей характеристики регулирующего органа в соответствии с
характеристикой объекта в каждой конкретной системе автоматического
регулирования. Это преобразование легче всего осуществить применением
правильной кинематической схемы сочленения сервомотора с регулирующими
органами.
Резко выпуклой формой рабочей характеристики обычно обладают:
заслонки и шиберные устройства с условным проходим. равным условному
проходу трубопровода;
направляющие аппараты вентиляторов и дымососов; клапаны, установленные
без соблюдения рекомендаций по гидравлическим характеристикам.
Для спрямления их характеристик следует применять сочленение с резко
вогнутой характеристикой.
При этом следует иметь в виду, что регулируемый диапазон нагрузок иногда
обеспечивается регулирующим органом только в небольших пределах всей
рабочей характеристики,
Например, заслонки, шибера работают в диапазоне 20-60 угла поворота.
Сочленение следует выполнить так. чтобы этот небольшой диапазон
характеристики обеспечивался максимальным углом поворота исполнительного
механизма (полный ход сервомотора).
На рисунке 14 показано сочленение, состоящее из трех подвижных
элементов; ведущего рычага, ведомого рычага и тяги. Конструктивное
выполнение тяги рычага регулирующего органа должно обеспечивать простое,
надежное и быетроосуществляемое в процессе наладки изменение угла
посадки рычага на валу регулирующего органа и изменение длины рычага и
тяги,
Сочленения применяют прямого типа (рис. 14,а), в котором ведущий и
ведомый рычаги вращаются в одном направлении, и обратного (рис. 14,Л), в
котором рычаги вращаются в противоположных направлениях.
Наименьшее плечо силы, прилагаемой к тяге, определяется 1/4*R (см. рис.
14), поскольку ослабление усилия допускается не более чем в 4 раза.
Характеристику сочленения условно определяет фактор кривизны т, который
является отношением угла попорота регулирующего органа при повороте
рычага сервомотора на половинный угол к полному углу поворота
регулирующего органа.
Значение y = 0,25...0.28 соответствует максимально
вогнутой характеристике. Это значение одинаково для сочленения прямого и
обратного типа и зависит также от расстояния между осями сервомотора и
регулирующего органа.
Значение у = 0,5 соответствует линейной характеристике сочленения,
значение у=0,68...0,78—максимально выпуклой характеристике сочленения.
Аналогичное исправление статических характеристик звеньев системы
автоматического регулирования возможно также изменением конструктивной
характеристики (профилировки) регулирующего клапана.
В случае неудовлетворительной статической характеристики установленного
клапана поступают так:
снимают рабочую характеристику установленного клапана при работе его в
нормальных условиях;
снимают конструктивную характеристику клапана при его вскрытии;
строят на одном графике рабочую и конструктивную характеристику клапана;
задают желаемую рабочую характеристику клапана и графически находят его
конструктивную характеристику. по которой и выполняют его профилировку
(рис. 15).
На основании практического опыта наладки регуляторов котельных
установлено, что линейная конструктивная характеристика регулирующего
органа приемлема при постоянном перепаде давления на клапане, не
зависящем от нагрузки объекта (регуляторы давления, уровня, редукционные
паровые установки и т. д.).
Клапаны с равнопроцентной конструктивной характеристикой используют при
переменном перепаде давления на регулирующем органе» зависящем от
степени его открытия (регулятор подачи топлива к котлу, пара к бойлерным
установкам и т. д.).
При выборе клапана следует учитывать, что максимальная проходная площадь
сечения его должна обеспечивать расчетный пропуск регулируемой среды с
10%-ным запасом по площади сечения, так как при недостаточном ее
значении не обеспечивается необходимый диапазон регулирования, а при
чрезмерно большом значении снижается качество регулирования вследствие
значительного изменения расхода регулируемой среды при минимальном
перемещении затвора.
Диаметр регулирующего клапана при правильно рассчитанном трубопроводе
должен быть меньше диаметра трубопровода в 1,3...2 раза, иначе работа
клапана неэффективна.
С 1971 г. действует ГОСТ 16443—70. Устройства ис« полнительные. Методы
расчета пропускной способности, выбора условного прохода и пропускной
характеристики.
Стандарт распространяется на исполнительные устройства и устанавливает
методы расчета их пропускной способности, выбора условного прохода и
пропускной характеристики при регулировании потоков однофазных сред:
жидкостей, в том числе вскипающих при дросселировании; газов; водяного
пара.
Условную пропускную способность и пропускную характеристику выбирают в
зависимости от максимального расчетного значения пропускной способности
и необходимой рабочей расходной характеристики.